JP2007218688A - 電池電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
電池電圧監視装置における電源に接続される端子と他の端子との間に、定格以上の電圧が加わり、電圧センサモジュールが破壊されてしまう場合があった。
【解決手段】
電池電圧監視装置は、複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、電圧センサモジュールの電源と接続される第１の端子と、前記第１の端子とは異なる第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に該第１および第２の端子間の電圧をクランプする電圧クランプ回路とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池が直列接続されて構成された電源装置における電池電圧を検出する電池電圧監視装置に係り、特に、電圧測定に係る配線の断線時において、信号線の断線を検出する電池電圧監視装置に関する。

従来から、環境を考慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車が知られている。電気自動車やハイブリッド車では、車両を駆動するための駆動源としてモータが用いられている。このモータには、充電が可能な２次電池が接続され、２次電池から得られた直流電圧を交流に変換して、モータが駆動される。そして、この２次電池は、高電圧が要求されるため、通常複数の電池セルを直列接続した組電池として構成されている。

この組電池の各電池セルの電圧検出のために、複数の電圧センサが用いられている。この電圧センサは、適当数ずつまとめられモジュール化されている。電気自動車などのように、直列接続される電池セルの数が多数になる場合は、この電圧センサのモジュールも複数用意され、直列に接続される。特許文献１乃至３に、このような組電池の電圧を監視する装置が開示されている。以下、この複数の電圧センサを有するモジュールが１つの半導体装置（ＩＣ）で形成され、この半導体装置をさらに複数個接続して、組電池の電圧を監視する装置について説明する。

図１３は、従来の電圧監視装置１００を示す模式図である。図に示すように１つのＩＣは４個の電池セルの電圧検出が可能であるとする。ＩＣの各入力端子は電圧測定用の配線Ｌ１１〜Ｌ１９を介して電池セルＣ１１〜Ｃ１８に接続されている。図に示すＩＣ１１は、電池セルＣ１１の正極側（ノードＮ１１）を電源電位、電池セルＣ１４の負極側（電池セルＣ１５の正極側、ノードＮ１２）をグランド電位として動作する。ＩＣ１２はＩＣ１１と直列に接続されるため、電池セルＣ１５の正極側（ノードＮ１２）を電源電位とし、電池セルＣ１８の負極側（ノードＮ１３）をグランド電位として動作する。各ＩＣは、それぞれの監視対象である電池セルが過電圧あるいは低電圧になったことを検出して、過電圧検出信号あるいは低電圧検出信号を出力する。このように複数のＩＣなどを直列に接続して組電池の電圧を監視する装置において、例えば配線Ｌ１５のようなＩＣのつなぎ目に相当する配線が断線した場合、以下のような問題が発生する場合があった。

図１３における配線Ｌ１５が断線してしまった場合、図に示すノードＮ１４に対しての電池セルからの電圧供給がなくなるため、ノードＮ１４の電圧が上昇あるいは下降してしまう。ノードＮ１４の電圧が上昇した場合はＩＣ１２の端子Ｖ１５―Ｖ１６間、電源―グランド間の電位差（電圧）が大きくなる。ノードＮ１４の電圧が下降した場合は、ＩＣ１１の端子Ｖ１４−ＶＳＳ間、電源―グランド間の電位差（電圧）が大きくなる。
特開２００３−２０８９２７号公報 特開２００３−１１１２８４号公報 特開２００５−１１７７８０号公報

上記したような配線の断線により、ＩＣの端子間あるいは電源−グランド間の電位差が大きくなった結果、予め定格電圧として設定された端子間電圧、電源電圧などを越えてしまい、電圧センサのモジュールとしてのＩＣ自体が破壊されてしまう場合があった。

本発明の電池電圧監視装置は、複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、電圧センサモジュールの電源と接続される第１の端子と、前記第１の端子とは異なる第２の端子と、前記第１の端子と前記第２の端子との間に該第１および第２の端子間の電圧をクランプする電圧クランプ回路とを有する。
端子間の電圧をクランプすることにより、端子間電圧が一定値以上になってしまうのを防ぐことが可能となる。

端子間に定格値以上の電圧が加わり、電圧センサモジュールが破壊されてしまうのを防ぐことが可能となる。

実施の形態１
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電圧監視装置１０を説明する概略図である。本実施形態の電圧監視装置１０は、電圧センサモジュールを複数有している。ここで、電圧センサモジュールとは、１つあるいは複数の電圧センサを１つのモジュールとした素子であり、本実施形態では１つのモジュールは１つの半導体装置（ＩＣ）で構成されている。図１は、電圧監視装置１０が２つの電圧センサモジュール（以下、ＩＣとも称す）ＩＣ１、ＩＣ２を有する場合を示している。以下、１つのＩＣが４個の電池セルの電圧を検出する場合を例に実施の形態１を説明する。

図１に示すように、本実施の形態では、電圧監視装置１０の監視対象となる８個の電池セルＣ１〜Ｃ８が直列に接続されている。ここで、ＩＣ１は、電池セルＣ１の正極側の電位（図１、ノードＮ１参照）を第１の電源電位（上位側電源電位）とし電池セルＣ５の正極側の電位（図１、ノードＮ２参照）を第２の電源電位（グランド電位）として動作している。ＩＣ２はＩＣ１に直列に接続されるため、電池セルＣ５の正極側の電位（ノードＮ２）を第１の電源電位とし電池セルＣ８の負極側の電位（図１、ノードＮ３参照）を第２の電源電位（グランド電位）として動作している。

各電池セルの正極は、それぞれ配線Ｌ１〜Ｌ８を介してＩＣの入力端子Ｖ１〜Ｖ８に接続されている。図に示すように入力端子Ｖ１〜Ｖ４は、ＩＣ１の入力端子、入力端子Ｖ５〜Ｖ８は、ＩＣ２の入力端子である。また、上記したようにＩＣ１は、電池セルＣ１の正極側の電位を第１の電源電位とするため、電池セルＣ１の正極は、配線Ｌ１を介してＩＣ１の第１の電源端子ＶＣＣ１にも接続される。つまり配線Ｌ１は、電圧センサモジュールのＩＣ１に対する電源配線をかねている。また電池セル５の正極側の電位は、ＩＣ１の第２の電源電位、ＩＣ２の第１の電源電位となるため、電池セル５の正極は配線Ｌ５を介してＩＣ１の第２の電源端子ＶＳＳ１、ＩＣ２の第１の電源端子ＶＣＣ２およびＩＣ２の入力端子Ｖ５に接続される。つまり、配線Ｌ５は、ＩＣ１、ＩＣ２に対する電源配線をかねている。電池セルＣ８の負極は、電源配線Ｌ９を介してＩＣ２の第２の電源端子ＶＳＳ２に接続される。

実施の形態１においては、さらにＩＣ１の入力端子Ｖ４と第２の電源端子ＶＳＳ１の間に電圧クランプ回路であるツェナーダイオードＺＤ１が接続され、ＩＣ２の入力端子Ｖ５とＶ６の間に電圧クランプ回路であるツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。ダイオードＺＤ１のアノードは、ＶＳＳ１端子に接続され、カソードはＶ４端子に接続されている。ダイオードＺＤ２のアノードはＶ６端子に接続され、カソードはＶ５端子に接続されている。つまり、本実施の形態ではＩＣのつなぎ目に当たる端子（Ｎ４）よりも電池セル１段分高い電圧が与えられる端子（Ｎ５）と、ＩＣのつなぎ目に当たる端子（Ｎ４）との間に電圧クランプ回路が接続されている。また、本実施の形態ではＩＣのつなぎ目に当たる端子（Ｎ４）よりも電池セル１段分低い電圧が与えられる端子（Ｎ６）と、ＩＣのつなぎ目に当たる端子（Ｎ４）との間に電圧クランプ回路が接続されている。なお、ここで言う電池セルとは、ひとつの電池をさすものではない。電圧センサモジュールの隣接端子間（例えばＶ５−Ｖ６間）に、複数の電池が接続されている場合はその複数の電池を電池セルと称す。ここで言う電池セルとは、１つの電圧センサが電圧を監視する対象である。

このように構成された電圧監視装置１０では、電圧センサモジュール（ＩＣ１、ＩＣ２）が、各電池セル（Ｃ１〜Ｃ８）が出力する電圧を測定する。電圧センサモジュールは、電池セルの電圧が過電圧になった場合あるいは低電圧になった場合に過電圧検出信号、低電圧検出信号を出力することで電池セルの電圧を監視している。この動作の詳細については後述する。

このように構成された電圧監視装置１０において、何らかの原因によりＩＣ１とＩＣ２のつなぎ目に当たる配線Ｌ５が断線してしまった場合について説明する。配線Ｌ５が断線してしまった場合、電池セルＣ５の正極側の電位（ノードＮ２の電位）が与えられなくなるため、図１に示すノードＮ４の電位が不安定となり下降、または上昇する。ノードＮ４の電位が下降した場合はＩＣ１の入力端子Ｖ４と第２の電源端子ＶＳＳ１との間に印加される電圧が大きくなる。本実施形態では、入力端子Ｖ４と、電源端子ＶＳＳ１との間にツェナーダイオードＺＤ１が接続されているため、ＺＤ１の降伏電圧で、Ｖ４−ＶＳＳ１間の電圧はクランプされる。

ノードＮ４の電位が上昇した場合はＩＣ２の入力端子Ｖ５とＶ６との間に印加される電圧が大きくなる。本実施形態では、入力端子Ｖ５とＶ６の間に、ツェナーダイオードＺＤ２が接続されているため、ＺＤ２の降伏電圧で、Ｖ５−Ｖ６間の電圧はクランプされる。

このように本実施形態によれば、電圧センサモジュール（ＩＣ１、ＩＣ２）の電源となる配線（Ｌ５）に接続される端子（ＶＳＳ１、Ｖ５）と他の端子との間に電圧クランプ素子であるツェナーダイオードを接続することによって、端子間に定格値以上の電圧が加わり、ＩＣが破壊されてしまうのを防ぐことが可能である。

以下に、上記に説明した本実施形態の動作および効果について、具体的な数値を用いて詳細に説明する。まず、実施の形態１の電圧監視装置におけるＩＣ（電圧センサモジュール）の構成について詳細に説明する。図２（ａ）は、１つのＩＣ（例えばＩＣ１）の構成を示す図である。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態の電圧センサモジュールでは、端子間にそれぞれ電圧センサ２５が接続されている。以下、図２における入力端子Ｖ１−Ｖ２間の電圧センサを例に、電圧センサ２５の構成を説明する。図２に示すように実施の形態１における電圧センサは分圧抵抗２１、参照電圧(Ｖｒｅｆ)生成回路２２、過電圧検出用比較器２３および低電圧検出用比較器２４を有している。分圧抵抗の第１の分圧点Ｐは、過電圧検出用比較器２３の非反転入力端子に接続されている。分圧抵抗の第２の分圧点Ｑは、低電圧検出用比較器２４の反転入力端子に接続されている。参照電圧生成部２２の出力する電圧Ｖｒｅｆは、過電圧検出用比較器２３の反転入力端子および低電圧検出用比較器２４の非反転入力端子に接続されている。

電圧センサ内では過電圧検出用比較器２３で、分圧抵抗の分圧点Ｐの電圧と参照電圧Ｖｒｅｆが比較される。ここで例えば参照電圧Ｖｒｅｆよりも、電圧検出用分圧抵抗の分圧点Ｐの電圧が高ければ過電圧比較器２３は過電圧検出信号（例えばＨレベルの信号）を出力する。同様に、低電圧検出用比較器２４では、電圧検出用抵抗の分圧点Ｑの電圧と参照電圧が比較されている。ここで仮に分圧点Ｑの電圧が参照電圧よりも低ければ低電圧検出信号（例えばＨレベル）が出力される。

ここで、本実施の形態において、参照電圧生成回路２２は、１つの電池セルの出力する電圧（例えばＶ１−Ｖ２間の電圧）を電源電圧として動作する回路であり、過電圧、低電圧検出用の比較器２３、２４はＩＣの電源電圧（例えばＶＣＣ１−ＶＳＳ１間の電圧）を電源として動作する回路である。そこで、図２（ａ）に示すように入力端子Ｖ１−Ｖ２間の電位差を電源電圧とする回路の合成インピーダンスをＲ１、入力端子Ｖ２−Ｖ３間の電位差を電源電圧とする回路の合成インピーダンスをＲ２、入力端子Ｖ３−Ｖ４間の電位差を電源電圧とする回路の合成インピーダンスをＲ３、入力端子Ｖ４−電源端子ＶＳＳ１間の電位差を電源電圧とする回路の合成インピーダンスをＲ４とする。またＩＣの電源端子ＶＣＣ１−ＶＳＳ１間の電位差を電源電圧とする回路の合成インピーダンスをＲ９とする。このようにインピーダンスを考えた場合、図２（ａ）に示す回路のインピーダンスは図２（ｂ）に示す等価回路で示すことが可能となる。

図１に示したＩＣ２に関しても同様な等価回路を考えた場合、図１に示した回路のインピーダンスは、図３に示す回路で考えることが可能である。従来の電圧監視装置では、図３における、ダイオードＺＤ１、ＺＤ２が配置されていない。そこで、従来の回路においても図３と同様の等価回路を想定し、電池セルＣ１〜Ｃ８の出力する電圧をそれぞれＶＣ１〜ＶＣ８とし、配線Ｌ５が断線した場合について考察する。従来の電圧監視装置において配線Ｌ５が断線した場合、入力端子Ｖ５−Ｖ６間電圧Ｖ_５-６（端子Ｖ６から見たＶ５の電圧）は、以下の式で与えられる。

上記の式から分かるように、本実施の形態のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２が無い場合、電圧センサモジュールであるＩＣ１とＩＣ２のインピーダンスＲ９、Ｒ１０のばらつき、電池セル自体の出力のばらつきなどによってＶ５−Ｖ６間電圧が大きく異なってくる。

そこで図４乃至６に示すように、電池セルの電圧のばらつき、電圧センサモジュールの製造時においてその特性にばらつきが生じた場合を想定する。図４乃至６は、例えば、電池セル１つの出力電圧が３．０Ｖ、端子間電圧を電源として動作する回路のインピーダンスが５ＭΩ、ＩＣの電源を電源電圧として動作する回路のインピーダンスが５００ＫΩとして設計された場合のばらつきの具体例を示している。図４に示す電圧監視装置は、電圧センサモジュールにばらつきが無い場合を示している。この場合、従来の回路において配線Ｌ５が断線しても、上記式における入力端子Ｖ５−Ｖ６間電圧Ｖ_５-６の電圧は変化せず、３Ｖのままである。したがってＩＣ１の入力端子Ｖ４と第２の電源端子ＶＳＳ１の間の電圧も変化せず、３Ｖのままである。本実施形態によるツェナーダイオードを有する回路においても、この場合は端子間の電圧に変化は無い（図４（ｂ）参照）。

それに対し、製造ばらつきなどにより、図５に示すようにＩＣ１のＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝６ＭΩ、Ｒ９＝６００ＫΩと形成され、ＩＣ２のＲ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８＝４ＭΩ、Ｒ１０＝４００ＫΩと形成された場合を想定する。また、電池セルにもその出力にばらつきが生じ、ＶＣ１＝ＶＣ２＝ＶＣ３＝ＶＣ４＝２．５Ｖ、ＶＣ５＝ＶＣ６＝ＶＣ７＝ＶＣ８＝４．０Ｖの電圧を出力しているものとする。このような場合、配線Ｌ５が断線してしまうとノードＮ４の電位は低下する。上記式に基づいて計算すると、従来の回路では入力端子Ｖ５−Ｖ６間の電圧が−１．２２Ｖとなってしまう。また、ＩＣ１における第２の電源端子ＶＳＳ１から見た入力端子Ｖ４の電圧も７．７２Ｖとなってしまう。つまり従来の回路ではＩＣ１の入力端子Ｖ４と第２の電源端子ＶＳＳ１との間、およびＩＣ２の入力端子Ｖ５とＶ６の間に定格値以上の電圧がかかり、ＩＣ１およびＩＣ２が破壊してしまうおそれがある。それに対し、本実施の形態の電圧監視装置によればＩＣ２の入力端子Ｖ５とＶ６の間、およびＩＣ１の入力端子Ｖ４と第２の電源端子ＶＳＳ１の間にはツェナーダイオードが設けられているため、仮にノードＮ４の電位が低下し、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧よりも大きくなった場合は、Ｖ４−ＶＳＳ１間の電圧を降伏電圧でクランプする。端子間の定格電圧が６Ｖであれば降伏電圧で５ＶのツェナーダイオードをＶ４−ＶＳＳ１間に接続することでＶ４−ＶＳＳ１間の電圧を５Ｖに、Ｖ５−Ｖ６間の電圧を１．５Ｖにクランプすることが可能である（図５（ｂ）参照）。

図６は、図５とは逆にＩＣ１のＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝４ＭΩ、Ｒ９＝４００ＫΩと形成され、ＩＣ２のＲ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝Ｒ８＝６ＭΩ、Ｒ１０＝６００Ｋオームと形成された場合を示している。また、電池セルの電圧もＶＣ１＝ＶＣ２＝ＶＣ３＝ＶＣ４＝４Ｖ、ＶＣ５＝ＶＣ６＝ＶＣ７＝ＶＣ８＝２．５Ｖの電圧を出力しているものとする。この場合は配線Ｌ５が断線するとノードＮ４の電位が上昇する。そのため上記とは逆に入力端子Ｖ５−Ｖ６間の電圧が上昇する。この場合も図３に示した本実施の形態の電圧監視装置によれば、降伏電圧で５ＶのツェナーダイオードをＶ５−Ｖ６間に接続することでＶ５−Ｖ６間の電圧を５Ｖに、Ｖ４−ＶＳＳ１間の電圧を１．５Ｖにクランプすることが可能である（図６（ｂ）参照）。

本実施形態は、例えば半導体装置などによって電圧センサモジュールを形成した場合には特に有効である。上述したように参照電圧生成回路２２は、電池セルの電圧（例えば入力端子Ｖ５−Ｖ６間の電位差）を電源電圧とする回路で構成され、過電圧・低電圧検出用の比較器２３、２４はＩＣの電源電圧（ＶＣＣ−ＶＳＳ）間の電位差を電源電圧とする回路で構成される。このような回路を半導体基板上に形成する場合の模式図を図７に示す。図７はＰ型半導体基板７０上に、参照電圧生成回路２２および比較器２３、２４を形成する場合の模式図を示している。上記した参照電圧生成回路２２は、端子間の電圧に基づいて動作すればよいため、省面積化などのために耐圧の低い素子を用いて参照電圧生成回路を形成する。このような場合はＰ型基板７０中にＮ−ウェル７１を形成し、そのＮ⁻ウェル内７１に参照電圧生成回路２２の高位側電源電位となる電圧が与えられる（図７、Ａ点参照）。そして、参照電圧生成回路２２を形成するのに必要なＮＭＯＳトランジスタ７２、ＰＭＯＳトランジスタ７３は、このＮ⁻ウェル７１内に形成される。

それに対し、比較器２２、２３を形成するための高耐圧素子はＰ型基板７０上に形成される。図７に示すように比較器を形成するためのＰＭＯＳトランジスタ７４、ＮＭＯＳトランジスタ７５は、ＩＣのグランド電位ＶＳＳが印加されるＰ型基板上に形成される。ここで、例えば配線の断線により、低耐圧素子が形成されるＮウェル７１に対して定格以上の電圧などが印加されると、ウェル７１の端子Ｖ１、Ｖ２間に接続されるＮＭＯＳトランジスタ７２、ＰＭＯＳトランジスタ７３が破壊され、ＩＣとして正常な動作をすることができなくなる場合がある。本実施の形態では、ツェナーダイオードにより、低耐圧素子が形成されるＮ−ウェル領域７１で、端子間に定格値以上の電圧が供給されることはなく、低耐圧素子が破壊されてしまうことも無い。

このように、本実施の形態によれば電圧監視装置において電圧センサモジュールのつなぎ目に当たる端子に電圧クランプ素子が接続される。電圧センサモジュールの電源端子に接続される端子と、他の端子との間にツェナーダイオードを接続することで、例えば半導体装置で構成される電圧センサモジュールの端子間などに耐圧以上の電圧が加わって破壊してしまうことがなく、より安定した動作の電圧監視装置とすることが可能である。
なお、請求項における第１、第２のモジュール端子は、本実施形態では端子ＶＳＳ１、Ｖ４、あるいはＶ５、Ｖ６に相当し、第３のモジュール端子は、Ｖ５、ＶＳＳ１に相当する。したがって、請求項における第１の端子は、ＶＳＳ１とＶ５に接続されるノードＮ４の端子に相当し、第２の端子は、図１におけるノードＮ５あるいはＮ６の端子に相当する。このように、本実施形態では第１の端子（Ｎ４）と第２の端子（Ｎ５あるいはＮ６）の間の電圧をクランプしている。

実施の形態２
図８は、本発明の実施の形態２に関する電圧監視装置２０の構成を示す概略図である。また、図９は、実施の形態２の電圧センサモジュールの構成を示す図である。本発明の実施の形態２では、電圧センサモジュールであるＩＣ１およびＩＣ２が、電池セルと入力端子を接続する配線が断線したことを検出する機能を有する場合に本発明を適用したものである。本実施の形態では実施の形態１におけるツェナーダイオードＺＤ１が設けられず、入力端子Ｖ５−Ｖ６間にのみツェナーダイオードＺＤ２が設けられている。

本件発明者らは、断線を検出する機能があるＩＣに関して、特願２００５−９８５９６において説明している。そこで、まず上記出願の断線検出機能を有するＩＣについて図８および図９を用いて簡単に説明する。なお、図面において実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９に示すように、実施の形態２の電圧センサモジュールは、測定する電池セルの数に対応した定電流源Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ４を有している。図９に示す電圧センサモジュール（ＩＣ１）では、定電流源Ｉｒｅｆ１は、ＩＣ１の電源端子ＶＣＣ１から電池セルＣ１の負極に接続される入力端子Ｖ２へと定電流Ｉｒｅｆを流している。定電流源Ｉｒｅｆ２は、ＩＣ１の電源端子ＶＣＣ１から２次電池Ｃ２の負極に接続される電圧入力端子Ｖ３へと定電流Ｉｒｅｆを流している。他の定電流源も、これと同様に順次接続され、定電流源Ｉｒｅｆ４は、第１の電源端子ＶＣＣ１から第２の電源端子ＶＳＳ１へと定電流Ｉｒｅｆを流している。ＩＣ１と同様にＩＣ２にも定電流源Ｉｒｅｆ５〜Ｉｒｅｆ８が形成されている。ただし、ＩＣ２の定電流源は入力端子Ｖ６〜Ｖ８から第２の電源端子ＶＳＳ２へと電流を流すように接続される（図８参照）。

また、ＩＣ１、ＩＣ２の第１の電源端子ＶＣＣ１（ＶＣＣ２）から第２の電源端子ＶＳＳ１（ＶＳＳ２）へと電流を流す電流路にはスイッチＳＷ１（ＳＷ２）が設けられ、定電流源Ｉｒｅｆ４（Ｉｒｅｆ８）による電流を選択的に流すことが可能なものとする。図８に示したように本実施の形態ではＩＣ１のスイッチＳＷ１は導通状態とされ、ＩＣ２のスイッチＳＷ２は、非導通状態とされる。

ＩＣ１を例に説明すると、通常動作時、定電流源によって生成された電流Ｉｒｅｆは、入力端子Ｖ２〜４、ＶＳＳ１および配線Ｌ２〜Ｌ５を介して電池セルの負極へと流れて行く（図９、矢印参照）。つまり、本実施の形態では、配線Ｌ１〜Ｌ８に断線がない場合には、それぞれの入力端子に常に定電流源によって生成される電流Ｉｒｅｆが流れている。

ここで、仮に配線Ｌ３に断線が生じた場合、定電流源Ｉｒｅｆ２によってＶＣＣ１からＶ３へと流れていた電流は、入力端子Ｖ３を流れずに、電圧センサ側へと流れて行く（図９破線矢印参照）。この結果、電圧センサ間のノード（図９、Ｎ５参照）の電圧が上がることとなり、電圧センサは通常動作時に検出しない値を検出する。この動作により、電池セルと電圧監視装置を接続する配線の断線が検出可能となる。

このような電圧センサモジュールを用いた電圧監視装置２０で、配線Ｌ５電圧が断線した場合について説明する。上述したように、ＩＣ１のＶＣＣ１とＶＳＳ１の間には定電流源Ｉｒｅｆ４が設けられ、ＳＷ１は導通状態となっている。したがって、配線Ｌ５が断線していなければＩｒｅｆ４によって生成された電流Ｉｒｅｆは、電源端子ＶＳＳ１、Ｌ５を介して電池セルＣ４の負極側へと流れる。それに対し配線Ｌ５が断線してしまった場合、Ｉｒｅｆ４によって生成された電流はＩＣ２の入力端子Ｖ５（ノードＮ４）へと向かって流れていく。そのため、入力端子Ｖ５の電位は上昇し、入力端子Ｖ５、Ｖ６間の電圧が上昇する。つまり、図８のように構成された電圧監視装置２０では、電圧センサモジュールの電源と接続される配線Ｌ５が断線した場合、常に入力端子Ｖ５の電圧が上昇する。入力端子Ｖ５の電圧が上昇した場合のツェナーダイオードＺＤ２によるクランプ動作は、実施の形態１と同様であるため割愛する。

したがって図９に示したような電圧センサモジュールを有する電圧監視装置では、電圧センサモジュール（ＩＣ２）に対する第１の電源端子（ＶＣＣ５）と接続される端子と他の端子（Ｖ６）との間にのみ電圧クランプ素子（ＺＤ２）を接続することで、定格電圧以上の電圧が加わることによるＩＣの破壊などを防止することが出来る。

実施の形態３
図１０は、本発明の実施の形態３の電圧監視装置を示す概略図である。本実施の形態は実施の形態２におけるＳＷ１、ＳＷ２の導通・非導通を逆転させたものである。配線Ｌ５が断線していない場合、ＩＣ２の電流源Ｉｒｅｆ８は、電池セル５の正極からＶＳＳ２へと流れる電流を生成する。配線Ｌ５が断線した場合、定電流源８は定電流を流し続けるためノードＮ４の電位が低下する。したがって、実施の形態２におけるＳＷ１、ＳＷ２の導通状態を逆転させると、配線Ｌ５が断線した場合に常にノードＮ４の電位が降下する構成となる。そのため、実施の形態３では、ＩＣ１の入力端子Ｖ４と電源端子ＶＳＳ１との間にのみツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１によって端子Ｖ４−ＶＳＳ１間の電圧がクランプされる動作は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態４
図１１は、本発明の実施の形態４に関する電圧監視装置を示す概略図である。実施の形態２において、電圧センサモジュール内の定電流源はＩＣ１とＩＣ２で異なる接続構成となっていたが、本実施の形態では電圧センサモジュールとしては同じタイプのものを用意し、定電流源の流す電流値に差を持たせて実施の形態２と同様な動作を行う。

図１１に示した電圧監視装置では図９を用いて説明した電圧センサモジュールがＩＣ１、ＩＣ２として接続されている。実施の形態２と同様に、ＩＣ１の電源ＶＣＣ１からＶＳＳ１へと電流を流す電流路にはスイッチＳＷ１が設けられ、ＩＣ１では導通状態とされる。ＩＣ２は、ＩＣ１と同型の電圧センサモジュールであるが、ＶＣＣ２からＶＳＳ２へと電流を流す電流路のスイッチＳＷ２が非導通状態とされている。

本実施形態では、電流源Ｉｒｅｆ４〜Ｉｒｅｆ７が流す電流値をＩＲＥＦ４〜ＩＲＥＦ７とした場合に、以下の式のような関係を満たしている。
ＩＲＥＦ４＝ＩＲＥＦ５＋ＩＲＥＦ６＋ＩＲＥＦ７＋α

つまり、配線Ｌ５が断線した場合、ＩＣ２のＶＣＣ２から入力端子Ｖ６〜Ｖ８に向かって定電流源によりＩＲＥＦ５〜７が流れるが、ＩＲＥＦ４を上記のような値に設定することにより+αの電流が端子Ｖ５に流れこむためＶ５の電圧が上昇する。

実施の形態２においては、配線Ｌ５が断線した場合に入力端子Ｖ５の電圧が上がる構成とするためにＩＣ２における定電流源Ｉｒｅｆ５〜７を、それぞれ入力端子とＶＳＳ２との間に接続する構成としていたが、本実施の形態は電流源の流す電流値の設定によって配線Ｌ５が断線した場合に端子Ｖ５の電圧が上昇するような構成とすることが可能である。このように構成することで、各電圧センサモジュールが同型の装置で構成される場合に、電圧センサモジュールの電源間（ＶＣＣ−ＶＳＳ）に接続される定電流源を他の定電流源の合計値＋αの設定とすることで、実施の形態２のように異なるタイプの電圧センサモジュールを用いることなく、同型の電圧センサモジュールを用意した上で、スイッチのオン・オフを切り替えて接続することで実施の形態２と同様の効果を奏することが出来る。

また、図１１に示した回路においてもＩＣ１とＩＣ２との導通状態を切り替えることで配線Ｌ５が断線した場合に端子Ｖ５の電圧が下がる構成とすることが可能である。

実施の形態５
図１２は本発明の実施の形態５に関する電圧監視装置３０を示す概略図である。本実施の形態では、電圧クランプ素子であるツェナーダイオードが電圧センサモジュールの第１の電源端子と第２の電源端子の間に接続されている。つまり、ツェナーダイオードＺＤ１１１がＩＣ１の端子ＶＣＣ１−ＶＳＳ１間に、ツェナーダイオードＺＤ１１２がＩＣ２の端子ＶＣＣ２−ＶＳＳ２間に接続されている。このように接続することで配線Ｌ５が断線してしまった場合にノードＮ４の電位が上昇、または下降しＩＣ１またはＩＣ２の電源として与えられる電圧が定格値以上となってしまうことを防止することが可能である。この場合ツェナーダイオードの降伏電圧は例えばＩＣが動作する電源電圧に基づいて決定される。なお、本実施の形態であれば、請求項における第１、第２の端子をノードＮ１（端子ＶＣＣ１）とノードＮ４（端子ＶＳＳ１、Ｖ５）あるいはノードＮ４とノードＮ３（端子ＶＳＳ２）に相当すると見ることが可能である。

以上、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが本発明は、上述のような実施の形態に限定されるものでなく種々の変形が可能である。また、実施の形態１に実施の形態５を組み合わせることなども可能である。

本発明の実施の形態１の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態１に関する電圧センサモジュールを示す回路図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置の具体例を示す図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置の具体例を示す図である。 本発明の電圧監視装置を半導体装置に形成した場合の概要図である。 本発明の実施の形態２の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態２の電圧センサモジュールを示す図である。 本発明の実施の形態３の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態４の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態５の電圧監視装置を示す図である。 従来の電圧監視装置を示す回路図である。

符号の説明

Ｃ１〜Ｃ８ 電池セル
Ｌ１〜Ｌ９ 配線
Ｖ１〜Ｖ８ 入力端子
ＶＣＣ１、ＶＳＳ１、ＶＣＣ２、ＶＳＳ２ 電源端子
Ｉｒｅｆ１〜８ 定電流源
ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ１１１，ＺＤ１１２ ダイオード

Claims (9)

1. 複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、
   電圧センサおよび該電圧センサに接続する第１および第２のモジュール端子を有する第１の電圧センサモジュールと、
   前記第１の電圧センサモジュールが有する電圧センサとは異なる電圧センサおよび該電圧センサに接続する第３のモジュール端子を有する第２の電圧センサモジュールと、
   前記第１および前記第３のモジュール端子と接続された第１の端子と、
   前記第２のモジュール端子と接続された第２の端子と、
   前記第１の端子と前記第２の端子との間に該第１および第２の端子間の電圧をクランプする電圧クランプ回路とを有する電池電圧監視装置。
2. 前記電圧クランプ回路はツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
3. 前記第１のモジュール端子は、前記第１の電圧センサモジュールの高位側電源に接続され、前記第３のモジュール端子は前記第２の電圧センサモジュールの低位側電源端子であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電池電圧監視装置。
4. 前記第１のモジュール端子は、前記第１の電圧センサモジュールの低位側電源端子であり、前記第３のモジュール端子は前記第２の電圧センサモジュールの高位側電源に接続されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電池電圧監視装置。
5. 前記第２の端子は、前記第１の端子に対して、前記電池セル１段分異なる電位が与えられる端子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
6. 前記第１の端子は、前記第１の電圧センサモジュールの低位側電源に接続され、前記第２の端子は前記第１の電圧センサモジュールの高位側電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電池電圧監視装置。
7. 前記第１の端子は、前記第１の電圧センサモジュールの高位側電源に接続され、前記第２の端子は前記第１の電圧センサモジュールの低位側電源端子に接続されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電池電圧監視装置。
8. 前記電圧センサモジュールは、
   複数の入力端子と、
   前記複数の入力端子に接続される電流源とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
9. 前記電圧センサモジュールは、
   当該電圧センサモジュールの第１の電源から第２の電源へと電流を流す電流源と、
   当該電流源による電流の導通状態を制御するスイッチとを有することを特徴とする請求項６に記載の電池電圧監視装置。

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